RU2135243C1

RU2135243C1 - Electrically controlled magnetic-dispersed brake and loader for exercisers with electrically controlled magnetic-dispersed brake

Info

Publication number: RU2135243C1
Application number: RU98121777A
Authority: RU
Inventors: А.Т. Логунов; В.И. Сухачев; Е.А. Духовской; Ю.Г. Седых; А.П. Смирнов
Original assignee: Духовской Евгений Анатольевич; Сухачев Виктор Иванович; Седых Юрий Гаврилович
Priority date: 1998-12-03
Filing date: 1998-12-03
Publication date: 1999-08-27

Abstract

FIELD: sportive equipment. SUBSTANCE: brake has magnetic core casing with conducting coil and brake disks, nonmagnetic rotor mounted inside casing and equipped with magnetic core loading disks with concentric projections on their surfaces. Magnetic flux concentrators on inner surfaces of casing and on brake disks are formed as concentric projections arranged in opposed relation to loading disk projections. Space between projections is filled with magnetorheological suspension. Exerciser loader with electrically controlled magnetic-dispersed brake has shell with rotor and working member. Loader has shaft carrying free-wheel clutch and cylindrical drum, which are enclosed within casing fixed on brake shell. Loader shaft is rigidly joined with brake rotor. Cylindrical drum is mounted for free rotation on free-wheel clutch. Spiral spring is disposed in cylindrical drum. Deflecting drum is mounted in rotating bracket on cylindrical drum casing. Deflecting channel is disposed on console pivotally fixed on deflecting roller spindle offset relative to bracket pin. Working member is formed as flexible cable coiled on cylindrical drum, fixed with its end on drum surface and passed through bracket pin, deflecting roller and deflecting channel. Such construction allows idle stroke loads to be minimized and exercising to be performed with minimum repositioning of loaders. EFFECT: increased efficiency, simplified construction and enhanced reliability in operation. 5 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области спортивной медицины и может быть использовано при реабилитации, предполетной тренировке и для поддержания работоспособности во время полета космонавтов с возможностью телеметрии и программирования нагрузок для организации мониторинга тренировок, а также как бытовой и спортивно-профессиональный тренажер, применяемый для создания различных видов нагрузок при тренировках. The invention relates to the field of sports medicine and can be used in rehabilitation, preflight training and to maintain performance during the flight of astronauts with the possibility of telemetry and programming loads to organize monitoring of training, as well as a home and sports professional simulator used to create various types of loads during training.

Известные в настоящее время тренажеры используют для создания нагрузки при тренировке различного рода пружины, грузы, включая вес тела тренирующегося, силовые цилиндры и т.п. В этом ряду особое место занимают магнитно-дисперсионные муфты, выполняющие роль тормоза, поскольку они наиболее приспособлены для снятия телеметрии и программирования создаваемых при тренировках нагрузок. Currently known simulators are used to create loads during training of various kinds of springs, weights, including the body weight of the trainee, power cylinders, etc. Magnetic dispersion couplings, which play the role of a brake, occupy a special place in this series, since they are most suitable for telemetry recording and programming the loads created during training.

Известна электромагнитная муфта, содержащая статорный и роторный концентрично установленные один в другом элементы, встречные поверхности которых выполнены в виде выступов и впадин, причем выступы одного элемента расположены напротив впадин другого, а зазор между ними по всему периметру заполнен магнитореологической суспензией (ФРГ OS 3409048 от 1985 г., МКИ F 16 D 37/02). A known electromagnetic coupling containing a stator and rotor concentrically mounted one in another elements, the opposing surfaces of which are made in the form of protrusions and depressions, the protrusions of one element are located opposite the depressions of the other, and the gap between them around the entire perimeter is filled with magnetorheological suspension (Germany OS 3409048 from 1985 city, MKI F 16 D 37/02).

Наиболее близким аналогом, принимаемым за прототип заявленной группы изобретений, является нагрузочное устройство для спортивных тренажеров, в корпусе которого размещен вал с подшипниками, стянутыми торцевыми втулками. Между подшипниками расположен электромагнит. Внутренняя полость подшипников заполнена магнитореологической смазкой, которая равномерно смачивает ролики и кольца подшипников. Элементы корпуса и его крепежные детали, торцевые втулки и стягивающие их винты, а также дополнительные втулочные и корпусные кольца выполнены из магнитомягкой стали (СССР а.с. 1718987 от 1992 г., МКИ A 63 B 21/005). The closest analogue to be taken as a prototype of the claimed group of inventions is a load device for sports simulators, in the housing of which there is a shaft with bearings pulled together by end bushings. An electromagnet is located between the bearings. The inner cavity of the bearings is filled with magnetorheological grease, which uniformly wets the rollers and bearing rings. Housing elements and its fasteners, end sleeves and screws tightening them, as well as additional sleeve and housing rings are made of soft magnetic steel (USSR AS 1718987 from 1992, MKI A 63 B 21/005).

Недостатками всех перечисленных аналогов, включая прототип, является, во-первых, наличие нагрузки при холостом ходе тренируемой части тела, что не позволяет полностью имитировать естественные условия, и, во-вторых, усложненность конструкции нагружателя, требующая переставлять его на раме для выполнения каждого нового упражнения. The disadvantages of all of these analogues, including the prototype, is, firstly, the presence of load during idling of the trained part of the body, which does not allow to completely simulate natural conditions, and, secondly, the complexity of the design of the loader, which requires rearranging it on the frame to perform each new exercises.

Задача предлагаемого изобретения заключается в том, чтобы свести к минимуму нагрузки холостого хода и позволить проводить разнообразные упражнения с наименьшей перестановкой нагружателей. The objective of the invention is to minimize the load of idling and allow for a variety of exercises with the least permutation of the loaders.

Эта задача решается тем, что электроуправляемый магнитно-дисперсионный тормоз содержит магнитопроводный корпус с электропроводной катушкой, заключенный в нем немагнитный ротор и магнитореологическую суспензию. Тормоз имеет тормозные диски магнитопроводного корпуса и магнитопроводные нагрузочные диски ротора, на поверхности которых образованы концентрические выступы, а на внутренних поверхностях корпуса, обращенных к магнитопроводным нагрузочным дискам, и на тормозных дисках образованы концентраторы магнитных силовых линий, выполненные в виде концентрически расположенных выступов, размещенных напротив выступов нагрузочных дисков. Полости, заключенные между выступами корпуса, нагрузочных и тормозных дисков, заполнены магнитореологической суспензией. Зазоры между торцами нагрузочных дисков и внутренней поверхностью магнитопроводящего корпуса и между торцами тормозных дисков и поверхностью ротора заполнены по всему периметру электроизолирующей смазкой. This problem is solved in that the electrically controlled magnetic dispersion brake comprises a magnetically conductive housing with an electrically conductive coil, a non-magnetic rotor enclosed therein and a magnetorheological suspension. The brake has brake disks of the magnetic conductor housing and magnetic rotor loading disks, on the surface of which concentric protrusions are formed, and on the inner surfaces of the housing facing the magnetic conductor loading disks and on the brake disks, magnetic lines of force are formed in the form of concentrically arranged protrusions placed opposite protrusions of the loading discs. The cavities enclosed between the protrusions of the housing, load and brake discs are filled with magnetorheological suspension. The gaps between the ends of the loading discs and the inner surface of the magnetically conductive housing and between the ends of the brake discs and the rotor surface are filled around the perimeter with an electrically insulating lubricant.

Нагружатель спортивных тренажеров с электроуправляемым магнитно-дисперсионным тормозом содержит обечайку с ротором и рабочий орган. Нагружатель имеет обгонную муфту и цилиндрический барабан, заключенные в корпусе закрепленного на обечайке тормоза. Цилиндрический барабан смонтирован на обгонной муфте с возможностью вращения и внутри него расположена спиральная пружина, закрепленная одним концом на обечайке тормоза, а другим - на внутренней поверхности цилиндрического барабана, на котором смонтирован рабочий орган. На корпусе цилиндрического барабана смонтирован на поворотном П-образном кронштейне, снабженном полой осью, отклоняющий ролик и отклоняющий канал, расположенный на консоли, закрепленной с возможностью поворота на оси отклоняющего ролика, смещенной относительно полой оси кронштейна. Рабочий орган выполнен в виде навитого на цилиндрический барабан гибкого троса, закрепленного своим концом на поверхности барабана и пропущенного сквозь полую ось П-образного кронштейна, через отклоняющий ролик и отклоняющий канал, причем полая ось П-образного кронштейна расположена по касательной к поверхности цилиндрического барабана, а отклоняющий канал расположен на консоли, закрепленной с возможностью поворота на оси отклоняющего ролика. Корпус цилиндрического барабана установлен на обечайке тормоза с возможностью поворота вокруг ротора тормоза и фиксации на нем. The loader of sports simulators with an electrically controlled magnetic dispersion brake contains a shell with a rotor and a working body. The loader has an overrunning clutch and a cylindrical drum, enclosed in a housing fixed to the brake shell. The cylindrical drum is mounted on the freewheel with the possibility of rotation and inside it there is a spiral spring fixed at one end to the brake shell and the other on the inner surface of the cylindrical drum on which the working body is mounted. On the body of the cylindrical drum mounted on a swivel U-shaped bracket equipped with a hollow axis, a deflecting roller and a deflecting channel located on the console, mounted rotatably on the axis of the deflecting roller, offset relative to the hollow axis of the bracket. The working body is made in the form of a flexible cable wound on a cylindrical drum, fixed with its end on the surface of the drum and passed through the hollow axis of the U-shaped bracket, through the deflecting roller and the deflecting channel, the hollow axis of the U-shaped bracket being tangent to the surface of the cylindrical drum, and the deflecting channel is located on the console, mounted with the possibility of rotation on the axis of the deflecting roller. The cylindrical drum body is mounted on the brake shell with the possibility of rotation around the brake rotor and fixing on it.

Сравнения заявленной конструкции с другими техническими решениями того же назначения показывают, что взаимное расположение впадин на внутренней поверхности корпуса, на тормозных и нагрузочных дисках, изоляция полостей между соседними тормозными и загрузочными дисками, а также установка на валу нагружателя, состыкованного с ротором тормоза обгонной муфты, позволяет свети к минимуму нагрузку холостого хода во время выполнения того или иного упражнения, а включение в конструкцию гибкого троса и система его запасовки в полой оси П-образного кронштейна на отклоняющем канале и отклоняющем ролике позволяет значительно расширить и разнообразить выполняемые упражнения без перестановки нагружателя на тренажере. Comparisons of the claimed design with other technical solutions of the same purpose show that the relative position of the troughs on the inner surface of the housing, on the brake and load discs, the isolation of the cavities between adjacent brake and boot discs, as well as the installation of a loader coupled to the overrunning clutch brake rotor on the shaft, allows light to minimize the load of idling during the performance of a particular exercise, and the inclusion of a flexible cable in the design and its storage system in the hollow axis of the U-shaped th bracket on the diverting canal and deflection rollers can significantly expand and diversify the exercises performed without moving nagruzhatelya simulator.

Это сравнение указывает на возможность достижения нового технического эффекта от применения предложенного нагружателя. This comparison indicates the possibility of achieving a new technical effect from the application of the proposed loader.

Изобретение поясняется примером его выполнения. The invention is illustrated by an example of its implementation.

На фиг. 1 показан общий вид нагружателя, вид с торца;
на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 - отклоняющий ролик, вид сбоку;
на фиг. 4 - отклоняющий ролик, вид сверху;
на фиг. 5 - электроуправляемый магнитно-дисперсионный тормоз;
на фиг. 6 - узел А на фиг. 5;
на фиг. 7 - общий вид тренажера с нагружателями.In FIG. 1 shows a general view of the loader, an end view;
in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1;
in FIG. 3 - deflecting roller, side view;
in FIG. 4 - deflecting roller, top view;
in FIG. 5 - electrically controlled magnetic dispersion brake;
in FIG. 6 - node A in FIG. 5;
in FIG. 7 is a general view of the simulator with loaders.

Тормоз 1 выполнен в виде корпуса 2 цилиндрической формы, состоящего из обечайки 3 и крышки 4. Внутри корпуса по его периферии смонтирована тороидальная электропроводная катушка 5 и установлены тормозные диски 6, выполняющие роль статора. Ротор 7 и пристыкованная к нему обогонная муфта 8 стянуты друг с другом болтом 9. На роторе смонтированы нагрузочные диски 10 таким образом, что между ними и тормозными дисками 6 образованы зазоры 11. На обращенных друг к другу поверхностях нагрузочных и тормозных дисков и на внутренних поверхностях 12 корпуса 2, обращенных к нагрузочным дискам 10, образованы концентраторы магнитных силовых линий, выполненные в виде концентрически расположенных выступов 13, а полости 14, заключенные между выступами корпуса, нагрузочных и тормозных дисков, заполнены магнитореологической суспензией. Выступы 13 на нагрузочных и тормозных дисках и на внутренних поверхностях корпуса размещены напротив друг друга. Глубина впадин 15, располагаемых между выступами, не регламентирована, в частном случае, когда толщина нагрузочных дисков 10 невелика, глубина впадин на этих дисках может иметь нулевое значение, т.е. впадины на нагрузочных дисках могут отсутствовать. Магнитные силовые линии концетрируются в зоне расположения выступов 13, повышая эффективность работы нагружателя. Зазоры 16 между торцами нагрузочных дисков 10 и внутренней поверхностью корпуса 2 и зазоры 17 между торцами тормозных дисков 6 и поверхностью ротора 7 заполнены по всему периметру электроизолирующей смазкой. Для подключения тормоза к источнику энергии на корпусе установлены выводы 18. Обечайка 3 и крышка 4 корпуса 2 стянуты болтами 19. Поскольку корпус тормоза изготовлен из магнитопроводящего материала, его части выполняют роль также и тормозных дисков, между которыми располагаются нагрузочные диски 10. В зависимости от конструкции в тормозе может быть установлен только один нагрузочный диск 10, и тогда специально тормозные диски не ставятся, а их функцию выполняют части корпуса тормоза. The brake 1 is made in the form of a cylindrical body 2, consisting of a shell 3 and a cover 4. A toroidal electrically conductive coil 5 is mounted inside the housing along its periphery and brake discs 6 are installed that act as a stator. The rotor 7 and the overrunning clutch 8 connected thereto are pulled together by a bolt 9. On the rotor, the loading discs 10 are mounted so that gaps 11 are formed between them and the brake discs 6. On the surfaces of the load and brake discs facing each other and on the inner surfaces 12 of the housing 2, facing the loading discs 10, magnetic field lines concentrators are formed in the form of concentrically arranged protrusions 13, and cavities 14 enclosed between the protrusions of the housing, loading and brake discs are filled s magnetorheological suspension. The protrusions 13 on the load and brake discs and on the inner surfaces of the housing are located opposite each other. The depth of the depressions 15 located between the protrusions is not regulated, in the particular case when the thickness of the loading disks 10 is small, the depth of the depressions on these disks may have a zero value, i.e. hollows on the load discs may be absent. Magnetic lines of force are concentrated in the area of the projections 13, increasing the efficiency of the loader. The gaps 16 between the ends of the loading discs 10 and the inner surface of the housing 2 and the gaps 17 between the ends of the brake discs 6 and the surface of the rotor 7 are filled around the perimeter with an electrically insulating lubricant. To connect the brake to an energy source, the findings are installed on the housing 18. The shell 3 and the cover 4 of the housing 2 are tightened with bolts 19. Since the brake housing is made of magnetically conductive material, its parts also act as brake discs, between which the loading discs 10 are located. Depending on structures in the brake can be installed only one load disk 10, and then specifically the brake discs are not put, and their function is performed by parts of the brake housing.

К ротору 7 тормоза 1 пристыкована обгонная муфта 8. На муфте смонтирован цилиндрический барабан 20. Обгонная муфта и цилиндрический барабан заключены в корпусе 21, жестко закрепленном на тормозе 1. Внутри цилиндрического барабана расположена спиральная пружина 22, закрепленная одним своим концом 23 на обгонной муфте 8, а другим 24 - не обечайке 3 тормоза 1. Рабочий орган нагружателя выполнен в виде гибкого троса 25, навитого на поверхность цилиндрического барабана 20 и закрепленного на нем одним концом. Свободный конец гибкого троса пропущен сквозь полую ось 26 повторного П-образного кронштейна 27, далее через отклоняющий ролик 28 и отклоняющий канал 29. П-образный кронштейн смонтирован на корпусе 21 цилиндрического барабана и расположен по касательной относительно навитого на барабан гибкого троса 25. Отклоняющий ролик 28 смонтирован на кронштейне 27 и свободно вращается вокруг оси 30. Отклоняющий канал установлен на этом кронштейне со смещением "е" относительно продольной оси 31 Помимо вращения вокруг оси 30, отклоняющий ролик вместе с П-образным кронштейном 27 имеет возможность поворачиваться также вокруг оси 31 полой оси 26. П-образный кронштейн 27 и его полая ось 26 фиксируются на корпусе 21 при помощи пластины 32 на винте 33. На оси 30 также свободно с возможностью поворота установлена консоль 34 с закрепленным на ней отклоняющим каналом 29. Таким образом, свободный конец троса может воспринимать и передавать нагрузку на цилиндрический барабан 20 и далее на обгонную муфту 8 и тормоз 1 из сектора, представляющего собой как минимум полусферу. Величина нагрузки, возникающая при исполнении того или иного упражнения, зависит от величины тока, которая регулируется и регистрируется на пульте управления 35. Корпус 21 цилиндрического барабана 20 установлен на обечайке 3 тормоза с возможностью поворота вокруг ротора 7 тормоза и последующей фиксации на нем, например, подпружиненной лапкой 36. An overrunning clutch is docked to the rotor 7 of the brake 1. A cylindrical drum 20 is mounted on the clutch. The overrunning clutch and the cylindrical drum are enclosed in a housing 21, which is rigidly mounted on the brake 1. A coil spring 22 is located inside the cylindrical drum, fixed at one of its ends 23 to the overrunning clutch 8 and the other 24 - not the side of the brake 3 1. The working body of the loader is made in the form of a flexible cable 25, wound on the surface of a cylindrical drum 20 and fixed to it by one end. The free end of the flexible cable is passed through the hollow axis 26 of the repeated U-shaped bracket 27, then through the deflecting roller 28 and the deflecting channel 29. The U-shaped bracket is mounted on the housing 21 of the cylindrical drum and is located tangentially relative to the flexible cable 25 wound onto the drum. The deflecting roller 28 is mounted on the bracket 27 and rotates freely around the axis 30. A deflecting channel is mounted on this bracket with an offset “e” relative to the longitudinal axis 31 In addition to rotation around the axis 30, the deflecting roller together with the U-shaped m bracket 27 can also be rotated around axis 31 of the hollow axis 26. The U-shaped bracket 27 and its hollow axis 26 are fixed on the housing 21 using the plate 32 on the screw 33. On the axis 30 is also freely rotated mounted console 34 with mounted on her deflecting channel 29. Thus, the free end of the cable can absorb and transfer the load to the cylindrical drum 20 and then to the overrunning clutch 8 and the brake 1 from a sector representing at least a hemisphere. The magnitude of the load that occurs when performing one or another exercise depends on the magnitude of the current, which is regulated and recorded on the control panel 35. The housing 21 of the cylindrical drum 20 is mounted on the casing 3 of the brake with the possibility of rotation around the rotor 7 of the brake and subsequent fixing on it, for example, spring loaded foot 36.

При подаче питания в тороидальную катушку 5 возникает электромагнитное поле, под воздействием которого магнитореологическая суспензия приобретает свои намагничивающиеся свойства: находящиеся в суспензии частицы ориентируются в нормальном относительно плоскости дисков 6 и 10 и корпуса 2 направлении, что затрудняет проворачивание тормозных дисков 6 относительно нагрузочных дисков 10. Поскольку нагрузочные диски 10 связаны через обгонную муфту 8, пружину 22, цилиндрический барабан 20 и гибкий трос 25 с тренирующимся, возникающее в тормозе усилие на преодоление сопротивления проворачиванию одних дисков относительно других и является нагрузкой на тренирующегося. При холостом ходе троса при его возврате в исходное положение (наматывание на цилиндрический барабан 20) в действие вступает обгонная муфта 8, отключающая цилиндрический барабан 20 от тормоза 1 и позволяющая свободно поворачиваться цилиндрическому барабану в противоположную сторону: это происходит, например, при "опускании" штанги в упражнении, имитирующем подъем штанги. Наличие отклоняющего ролика 28 и отклоняющего канала 29, смонтированных с возможностью вращения вокруг осей 30 и 31, позволяет, не меняя положения тормоза 1, воспринимать усилия, возникающие на тросе 25 в очень широком секторе, что в свою очередь дает возможность выполнять различные упражнения без перестановки тормоза на тренажере. Возможность проворачивания корпуса 21 цилиндрического барабана 20 вокруг ротора 7 с последующей фиксацией на нем позволяет еще более расширить этот сектор. When power is supplied to the toroidal coil 5, an electromagnetic field arises under the influence of which the magnetorheological suspension acquires its magnetizing properties: the particles in the suspension are oriented in the direction normal to the plane of the disks 6 and 10 and the housing 2, which makes it difficult to turn the brake disks 6 relative to the load disks 10. Since the loading discs 10 are connected through an overrunning clutch 8, a spring 22, a cylindrical drum 20 and a flexible cable 25 with a trainee, the force arising in the brake e to overcome resistance from turning one relative to the other disc is loaded on the exercising. When the cable is idle, when it is returned to its original position (winding on a cylindrical drum 20), an overrunning clutch 8 enters, disconnecting the cylindrical drum 20 from the brake 1 and allowing the cylindrical drum to turn freely in the opposite direction: this happens, for example, when "lowering" barbell in an exercise simulating a barbell lift. The presence of the deflecting roller 28 and the deflecting channel 29, mounted for rotation around the axes 30 and 31, allows, without changing the position of the brake 1, to perceive the forces arising on the cable 25 in a very wide sector, which in turn makes it possible to perform various exercises without rearrangement brakes on the simulator. The ability to rotate the housing 21 of the cylindrical drum 20 around the rotor 7 with subsequent fixing on it allows you to further expand this sector.

Claims

1. An electrically controlled magnetic dispersion brake comprising a magnetically conductive housing with an electrically conductive coil, a non-magnetic rotor and a magnetorheological suspension enclosed in it, characterized in that it has brake discs of the magnetically-conductive housing and magnetically conductive rotor loading disks, on the surface of which concentric protrusions are formed, and on the inside the surfaces of the housings facing the magnetic conductive loading disks and on the brake disks are formed magnetic concentrator concentric lines made e in the form of concentric projections arranged opposite the protrusions of load drive, and the cavity enclosed between the housing projections, load and brake discs are filled with a magnetorheological suspension.

2. The electrically controlled magnetic dispersion brake according to claim 1, characterized in that the gaps between the ends of the load discs and the inner surface of the magnetically conductive housing and between the ends of the brake discs and the rotor surface are filled around the entire perimeter with an electrically insulating lubricant.

3. The loader of sports simulators with an electrically controlled magnetic dispersion brake, containing a shell with a rotor and a working body, characterized in that it has an overrunning clutch and a cylindrical drum, enclosed in a housing mounted on the shell of the brake, and a cylindrical drum mounted on an overrunning clutch with rotation and inside it there is a spiral spring, fixed at one end to the brake shell, and the other on the inner surface of the cylindrical drum, on which the working body is mounted.

4. The loader of sports simulators according to claim 3, characterized in that the deflecting roller and the deflecting channel mounted on a console mounted rotatably on the axis of the deflecting roller, mounted on a cylindrical drum body mounted on a swivel U-shaped bracket provided with a hollow axis relative to the hollow axis of the bracket, and the working body is made in the form of a flexible cable wound on a cylindrical drum, fixed with its end on the surface of the drum and passed through the hollow axis of the U-shaped bracket, th es deflecting roller and a deflecting channel, wherein the hollow axle U-shaped bracket located on a tangent to the cylindrical surface of the drum and the deflection channel is arranged on a console fastened pivotably on the axis of the deflecting roller.

5. The sports simulator loader according to claim 3, characterized in that the cylindrical drum body is mounted on the brake shell with the possibility of rotation around the brake rotor and fixation on it.